Hãy tưởng tượng một tương lai trong đó vết thương lành nhanh hơn, bệnh tật được điều trị hiệu quả hơn và thịt được nuôi trong phòng thí nghiệm trở thành hiện thực. Tương lai đó đang tiến gần hơn một bước nhờ công trình đổi mới của Tiến sĩ Hao Liu thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Zurich. Liu sử dụng công nghệ laser để tạo ra các cấu trúc vi mô phức tạp mô phỏng cấu trúc tự nhiên của mô người.
Theo dõi kênh của chúng tôi để biết tin tức mới nhất Google News trực tuyến hoặc thông qua ứng dụng.
Những cấu trúc này, được làm từ một loại gelatin đặc biệt, đóng vai trò là khung cho các tế bào đang phát triển. Bằng cách điều khiển tia laser một cách cẩn thận, Liu và nhóm của ông có thể tạo ra các vi sợi (sợi protein) có độ liên kết cao. Các sợi chỉ tái tạo cấu trúc chính xác của các mô như cơ, gân và dây thần kinh. Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một máy in sinh học nhỏ gọn để phát triển các mô sinh học có cấu trúc vi sợi. Hiện anh đang nỗ lực đưa công nghệ này ra thị trường. Liu cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra các mô hình người để sàng lọc thuốc hiệu suất cao và các ứng dụng khác”.
Cơ thể con người bao gồm nhiều mô khác nhau, mỗi mô có cấu trúc và chức năng cụ thể. Những mô này, chẳng hạn như cơ, gân, mô liên kết và mô thần kinh, có cấu trúc tế bào có tổ chức. Tổ chức này rất quan trọng cho hoạt động đúng đắn của họ. Để tái tạo cấu trúc mô tự nhiên trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu tạo ra giàn giáo 3D bằng máy in sinh học. Những giàn giáo này đóng vai trò là khuôn mẫu cho các tế bào phát triển, tạo ra một mô có cấu trúc hoàn hảo.
Các mô được thiết kế có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm thay thế phẫu thuật, nghiên cứu y học và sản xuất thực phẩm. Điều thú vị là chúng có thể tái tạo các dây thần kinh bị tổn thương, mô hình hóa các bệnh để thử nghiệm thuốc và sản xuất thịt được nuôi trong phòng thí nghiệm. Trong công trình này, đầu tiên Liu đã in các khung mô và sau đó sử dụng một phương pháp mới để tạo ra các sợi mỏng có độ thẳng hàng cao. Ông đã sử dụng gelatin nhạy cảm với ánh sáng, chất này chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn dưới tác động của bức xạ laser. “Nơi chúng tôi tác động bằng tia laser, nó cứng lại, biến thành hydrogel. Bất cứ nơi nào tia laser không thể chạm tới, gelatin vẫn ở dạng lỏng”, Liu nói.
Ông đã tạo thành công các vi chất trong hydrogel có kích thước tương đương với các thành phần dạng sợi có trong các mô tự nhiên. Sau đó, ông nuôi cấy tế bào trên giàn giáo này để tạo ra các cấu trúc mô thẳng hàng.
Máy in sinh học 3D ánh sáng dây tóc (FLight) sử dụng hiện tượng quang học độc đáo để tạo ra các cấu trúc vi sợi có độ liên kết cao trong ma trận hydrogel. Chùm tia laser có cường độ ánh sáng không đồng đều, có vùng năng lượng cao và thấp.
Khi vật liệu nhạy sáng tiếp xúc với chùm tia như vậy, nó sẽ đông cứng không đồng đều, tạo thành các cấu trúc giống như sợi song song với các khoảng trống giống như kênh giữa chúng. Những cấu trúc này có đường kính từ 2 đến 20 micromet, mô phỏng sự sắp xếp tự nhiên của nhiều mô cơ thể. Khi các tế bào được đưa vào các giàn giáo này, chúng sẽ phát triển dọc theo các kênh, dẫn đến các cấu trúc mô thẳng hàng.
“Hiện tượng quang học tạo ra các cấu trúc vi mô dạng sợi trong gel đã được các nhà vật lý và nhà khoa học vật liệu biết đến từ lâu. Nhưng nó vẫn chưa được sử dụng trong sinh học, chúng tôi là người đầu tiên”, Liu nói. Sử dụng phương pháp in này, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các cấu trúc mô tương tự như cơ, gân, dây thần kinh và sụn. Công nghệ này đã được cấp bằng sáng chế bởi Đại học Kỹ thuật Thụy Sĩ Zurich.
Nếu bạn quan tâm đến các bài viết và tin tức về công nghệ hàng không và vũ trụ, chúng tôi mời bạn tham gia dự án mới của chúng tôi AERONAUT.media.
Đọc thêm: